一种多功能癌症诊疗上转换纳米材料的合成及其性能研究

摘要

近年来，稀土发光纳米材料用作药物载体实现癌症的诊断和治疗引起了研究人员的广泛重视，特别是镧系掺杂上转换纳米材料，可以通过双光子或多光子过程将近红外光转换成可见光或紫外光，因此被认为在生物医学领域有着广泛应用。上转换荧光纳米颗粒(UCNPs)有其独特的优势，包括具有良好的化学稳定性，低毒性、低光褪色性以及较强的生物组织穿透性等，被认为是一种理想的光敏药物载体。除了这些性质，Gd、Yb等离子的掺杂使得稀土发光材料具备同时实现CT等多模式成像的能力。本论文主要采用热分解方法合成多级核壳稀土纳米材料，然后将材料表面修饰金纳米团簇(Au NCs)。对材料的发光性质、生物相容性、多模式成像、光动力/光热治疗效果等方面进行了详细研究。具体内容可以总结如下：
　　设计合成Au NCs/UCNPs复合材料。利用高温热分解法制备了尺寸50 nm左右的三层核壳NaGdF4:Yb/Er@NaGdF4:Yb@NaNdF4:Yb纳米颗粒，该产物形貌均一、分散性良好，在980 nm激光激发下可发射出明亮的绿光，与直接紫外光照用于肿瘤治疗相比，近红外光有着更好的治疗效果。然后在表面修饰了Au NCs，将上转换/CT成像多模式成像相结合用于癌症诊断和治疗。
　　在体外细胞实验中，复合材料的发光性质可以对纳米粒子的细胞吞噬过程进行光学成像，利用倒置荧光显微镜对这一过程进行观察。得出了金纳米团簇可以随复合材料被Hela细胞所吞噬的结论。还通过进行细胞毒性、生物相容性、溶血性等实验，显示了复合材料在生物领域有着良好的应用。最后，我们在小鼠体内对该复合材料的多模式成像效果进行了检验，结果显示该材料在CT成像中具备很好的造影能力，且在小鼠体内也具有较好的表皮穿透能力。

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第1章 绪论

1.1癌症治疗与纳米生物技术

1.1.1癌症治疗概述

1.1.2纳米生物技术

1.1.3纳米生物技术在癌症治疗中的研究进展

1. 2稀土上转换发光纳米颗粒

1.2.1稀土上转换发光概述

1.2.2稀土上转换纳米颗粒的发光增强方法

1.2.3稀土上转换纳米颗粒的合成方法

1.2.4上转换发光纳米颗粒在生物医学领域的应用

1.3多模式成像技术

1.3.1成像技术的分类

1.3.2多模式成像技术概述

1.3.3基于上转换材料的多模式成像的研究

1.4选题的意义与本论文的主要研究内容、意义

第2章 金纳米团簇/多功能核壳结构UCNPs复合材料的制备及性能表征

引言

2.1实验材料及表征仪器

2.1.1药品与试剂

2.1.2表征仪器

2.2多功能核壳结构UCNPs的制备方法

2.2.1含有金属元素油酸盐前驱体的制备

2.2.2核结构(NaGdF4:Yb/Er)纳米颗粒的制备

2.2.3两层核壳结构(NaGdF4:Yb/Er@NaGdF4:Yb)纳米颗粒的制备

2.2.4 三层核壳结构(NaGdF4:Yb/Er@NaGdF4:Yb@NaNdF4:Yb)纳米颗粒的制备

2.3金纳米团簇/多功能核壳结构UCNPs复合材料的制备方法

2.3.1 UCNPs纳米颗粒的亲水转换

2.3.2 UCNPs@MS的制备

2.3.3 Au NCs的制备

2.3.4 UCNPs@MS纳米颗粒修饰Au NCs

2.4实验结果与讨论

2.4.1 XRD表征稀土纳米颗粒的物相和组成

2.4.2 TEM表征纳米颗粒的形貌变化和粒径分布

2.4.3三层包覆后材料的上转换荧光性质表征

2.4.4 Au NCs及UCNPs@MS复合材料的性能表征

2.4.5复合材料形貌状态和元素分布的表征

2.4.6复合材料制备过程示意图及稳定性分析

2.4.7复合材料的上转换荧光性质与光敏性质表征

2.5本章小结

第3章 复合纳米材料的体外细胞研究

引言

3.1实验材料及表征仪器

3.1.1药品与试剂

3.1.2表征仪器

3.2复合纳米材料的体外研究方法及表征

3.2.1 MTT法测试细胞对材料的生物相容性和毒性

3.2.2细胞吞噬过程研究

3.2.3材料在体外的光热转换效果、细胞毒性效果以及体外光声成像效果

3.2.4复合材料的溶血性测试

3.3本章小结

第4章 复合纳米材料的动物体内研究

引言

4.1实验材料及表征仪器

4.1.1药品与试剂

4.1.2表征仪器

4.2复合纳米材料的体外研究方法及表征

4.2.1小鼠体外、体内的CT成像效果

4.2.2尾静脉注射考察材料在小鼠体内的光声及光热成像效果

4.2.3小鼠体内的光热、光动力治疗方式

4.2.4考察复合材料对肿瘤的治疗效果

4.2.5尾静脉注射考察材料对小鼠各器官的影响

4.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文与专利情况

致谢